[发明专利]一种自修复聚氨酯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种自修复聚氨酯复合材料的制备方法，具体方案为：以聚四氢呋喃(PTMEG)为软链段，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为硬链段，以甘油和二甲基乙二肟(DMG)为扩链剂，二月桂酸二丁基锡作为催化剂，采用一锅法缩聚合成聚氨酯材料。通过改变硬链段的材料和比例来调节聚氨酯微相结构，增强聚氨酯材料抗细菌粘附能力，并使聚氨酯材料具有防污性能；进一步引入ZnO形成配位键，改善光热性能，提高复合材料自修复和防污能力。

技术领域

本发明属于自修复防污复合材料技术领域，具体涉及一种自修复的聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

海洋生物污损一直是一个世界性的难题，每年全世界航运业都会因为海洋生物污损消耗数千亿美元，迄今为止，防止海洋生物污损最简便最直接的办法就是使用 防污涂层。聚氨酯涂层因为软硬段之间的热力学不相容性而具有微相分离结构，这 种结构能够抑制蛋白质的吸附而具有防污性能。但现有的聚氨酯防污涂层服役在复 杂的海洋环境中，海浪、砂石冲刷作用下易出现涂层破损情况，进一步限制了涂层 的使用寿命，开发具有更长使用寿命和能防止破损的聚氨酯防污涂层是在实际应用 过程重亟待解决的技术问题。

目前聚氨酯防污涂层的设计开发仍然存在很多问题，比如中国专利申请CN113789114A，使用氨基硅油与聚酯多元醇、异氰酸酯共同制备聚氨酯涂层材料, 再加入改性石墨烯，进行自修复抗菌聚氨酯涂层材料的制备，最后进行涂覆。但该 发明方法制备工艺复杂，成本较高，条件苛刻，在涂层方面的应用有较大的局限性。 中国专利申请CN112646110A公开了一种具有抗菌性能的双子季铵盐聚氨酯涂层材 料的制备方法，但是其合成过程繁琐，其防污抑菌效果未验证，限制了其应用性。

发明内容

为了克服现有聚氨酯涂层杀菌效果差、自修复时间长的不足，本发明提出了一 锅法制备聚氨酯复合材料，通过改变硬链段的材料和比例来调节聚氨酯微相结构， 增强聚氨酯复合材料抗细菌粘附能力，并使聚氨酯复合材料具有防污性能；进一步 引入ZnO形成配位键，改善光热性能，提高复合材料自修复和防污能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种自修复聚氨酯复合材料的制备方法，以聚四氢呋喃(PTMEG)为软链段，以 异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为硬链段，以甘油和二甲基乙二 肟(DMG)为扩链剂，二月桂酸二丁基锡作为催化剂，采用一锅法缩聚合成聚氨酯复 合材料。

具体的，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将聚四氢呋喃、二甲基乙二肟和甘油溶解于丙酮，得到溶液A；

(2)将异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混溶得到溶液B；将二月桂酸二 丁基锡加入到溶液B，溶解得到溶液C；

(3)将溶液C倒入溶液A，水浴中持续反应至溶液呈现粘稠状为反应结束，得 到溶液D；通常反应时间为1.5-2h；

(4)将溶液D固化得到聚氨酯复合材料。

所述步骤(1)中，为了使聚四氢呋喃、二甲基乙二肟和甘油快速并完全溶解于 丙酮，可以将溶液A在50℃水浴中搅拌，待溶液A中的成分完全溶解，搅拌充分 即可；

所述步骤(3)中，水浴温度为45-65℃。

所述步骤(4)中，将溶液D倒入模板中，在烘箱中固化得到聚氨酯复合材料； 优选在60℃烘箱中固化24h。

所述聚四氢呋喃：二甲基乙二肟：甘油的质量比为2：0.2：0.05；所述异佛尔 酮二异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯：二月桂酸二丁基锡的质量比为2～7:8～2:0.2；所述 聚四氢呋喃：二异氰酸酯的质量比为2：1，所述二异氰酸酯是指异佛尔酮二异氰酸 酯与甲苯二异氰酸酯。